[发明专利]可故障在线检测和容错控制的旋转变压器数字转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转变压器数字转换器，更具体地说，是一种应用在电动汽车永磁同步电机（PMSM）驱动系统中具有故障在线检测和容错控制功能的旋转变压器数字转换器。

背景技术

旋转变压器因其具有稳定、高效、环境适应能力强等优势已广泛应用于电动汽车领域，旋转变压器输出信号为位置信息的模拟量，需要借助解码芯片来准确获取永磁同步电机转子位置信息的数字量。然而旋转变压器输出信号可能出现幅值不平衡、正交不完全、信号偏移、感应谐波等故障，使得旋转变压器数字转换器所获得的位置信息并非实际的转子位置，从而产生误差，影响电动汽车PMSM驱动系统的动态和静态性能。在现有技术中，虽然采用递推最小二乘法可以在线实现参数辨识并自适应补偿旋转变压器输出的位置误差，但其对参数初值的选取敏感，且易受外部噪声干扰；此外，该容错控制方案需要借助旋转变压器数字变换器专用芯片获取转子位置，导致系统成本的上升和设计复杂。

现有技术中还有利用永磁同步电机控制器中的DSP芯片生成旋转变压器的励磁信号并将旋转变压器输出的模拟信号经反正切查表获取转子位置，虽能有效降低硬件成本，避免了时间延迟现象，但该方案不具有旋转变压器的故障检测和容错控制能力，不能确保转子位置和转速获取精度；另外反正切查表法占用大量的存储资源导致运算速度变慢。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足之处，提供一种可故障在线检测和容错控制的旋转变压器数字转换器，能从旋转变压器的输出信号中获取永磁同步电机转子位置，并在线检测出旋转变压器输出的转子位置故障，实现转子位置误差的自适应容错控制，从而提高转子位置的获取精度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种可故障在线检测和容错控制的旋转变压器数字转换器的特点是：以所述旋转变压器数字转换器利用旋转变压器获取永磁同步电机的转子位置，所述旋转变压器数字转换器包括：数字正弦发生器、磁信号生成模块、AD转换器、信号调理模块、位置误差检测模块、选择开关、位置误差估计模块和位置补偿模块；

所述数字正弦发生器生成数字正弦信号sinω_c，并将所述数字正弦信号sinω_c分别输出给励磁信号生成模块、信号调理模块和位置误差检测模块；

所述励磁信号生成模块将所接收的数字正弦信号sinω_c经数模转换、幅值放大和反相处理后，生成旋转变压器的励磁信号K₁sinω_c；

所述旋转变压器接收由所述励磁信号生成模块生成的励磁信号K₁sinω_c，采集所述永磁同步电机的转子位置角度信息，输出模拟量正弦信号U_sin和模拟量余弦信号U_cos至所述AD转换器；

所述AD转换器将所接收的模拟量正弦信号U_sin和模拟量余弦信号U_cos转换为数字量的数字量正弦信号U_sin′和数字量余弦信号U_cos′分别传递给所述信号调理模块和所述位置误差检测模块；

所述信号调理模块接收所述数字正弦信号sinω_c、数字量正弦信号U_sin′，以及数字量余弦信号U_cos′后进行转子位置闭环跟踪处理，获得所述永磁同步电机的转子位置角度θ，并将所述转子位置角度θ分别输出给所述选择开关、位置误差估计模块和位置补偿模块；

所述位置误差检测模块接收所述数字正弦信号sinω_c以及所述数字量正弦信号U_sin′和数字量余弦信号U_cos′，所述数字正弦信号sinω_c对所述数字量正弦信号U_sin′和数字量余弦信号U_cos′进行峰值采样和在线故障诊断，根据诊断结果输出位置故障信号或位置正常信号给所述选择开关；

所述选择开关是当接收到所述转子位置角度θ和位置故障信号时，输出触发信号给所述位置误差估计模块；当接收到所述转子位置角度θ和位置正常信号时，输出所述转子位置角度θ用于永磁同步电机的矢量控制；

所述位置误差估计模块接收所述触发信号和转子位置角度θ后启动在线位置误差估计算法实时估计转子位置误差△θ并输出给所述位置补偿模块；